[发明专利]一种土体试样微形变的成像检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土工试验领域的试样微形变量测，尤其涉及土工离心机的土体试样微形变量测。

背景技术

土工离心机是以室内试验模拟土工作业现场土体受力导致变形的大型室内试验设备。模型箱里的土体所受的作用力来自离心机旋转时产生的离心力。离心机转速与离心力成正比，离心机通过控制系统调整转速达到模型土体试验需要的压力。

大型土工离心机由旋转臂、与旋转臂相连的立柱、旋转臂一端的模型箱和另一端的配重箱以及驱动和控制系统构成。运行时，由配套的成像系统对高速旋转的模型箱里面的土工模型进行拍照，以得到在离心受力状态下的土工模型动态变化工程。

现有的土工离心机成像检测系统多采用在离心机室上方打开一个窗口，窗口处固定照明光源和一台照照相机。当离心机工作的时候，离心机室成为一个全封闭的空间。当离心机的转速达到试验要求时，模型箱转到照照相机照相的区域内，触发照照相机快门，拍摄一张图像。每旋转一周，可以拍摄图像数≤1。通过对拍摄图像的观察分析，得到土体试样受力形变的信息。但是这种方法存在缺陷：在离心机试验中，照相系统固定在离心机室的混凝土顶板上，离心机旋臂端的模型箱2处于圆周运动状态，固定在混凝土顶板上的成像系统与旋臂上的模型箱是在相对运动模式下工作的，得到的图像发生图像运动模糊。图像的模糊直接导致土样形变量不能准确量测。离心机转速越高，图像越模糊，测得的土样形变量精度越低。

为了解决上述问题，申请号为201010262816.3，名称为一种大型土工离心机的成像装置对现有的成像系统做出了改进，改进后的装置能正对模型的任意一点进行拍摄，图像的清晰度相对现有的成像系统更高。但该专利所述的成像装置的土样微形变测量效果较差。由于土工离心机1的模型形变量是现场实际形变量的1/60，也就是说要讲模型形变量乘以60才能得到现场形变量，该专利所述装置的成像系统不能胜任微形变分析的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土体试样微形变的成像检测装置及方法。该装置能对模型任意一点进行拍摄，精确获取微型变量，且成本低，易于实施。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土体试样微形变的成像检测装置，包括土工离心机1，土工离心机1的模型箱2外侧固定有照相机系统3，模型箱2内放置有土体试样，其特征在于，所述模型箱2的透明窗口有机玻璃内侧面4设置有固定参考坐标格网，模型箱2内放置的土体试样表面放置有移动标志，所述移动标志和固定参考坐标格网直接接触并随着土体试样移动，移动标志的移动轨迹代表该点位土体试样质点的运动轨迹。

进一步地，所述固定参考坐标格网用机械刻画的方式或者激光束烧刻的方式直接刻蚀在模型箱2的透明窗口有机玻璃内侧面4。

进一步地，所述固定参考坐标格网的密度应保证照相机拍摄的每幅图像中参考坐标格网的交叉点≥4。

进一步地，所述移动标志为图钉状，钉头扎入土样中，移动标志为透明材料。

进一步地，所述照相机系统3的照相机镜头选用微距镜头或者物方远心镜头。

进一步地，所述固定参考坐标格网由相互垂直的直线组成。

进一步地，所述移动标志的图钉状头上表面为移动标志面，所述移动标志面上设置有标志刻线，所述标志刻线为十字线，以纵横交叉线边缘的交点为量测点进行定位。

进一步地，所述移动标志面的上表面涂抹透明的润滑剂。

本发明还公开一种利用上述技术方案进行土体试样微形变的成像检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、构建土样微位移信息的参考坐标系，所述参考坐标系以模型箱2的透明窗口有机玻璃内侧面4设置的固定参考坐标格网为基准；

S2、对固定参考坐标格网在微观下量测获取初始状态图像并记录图像各点坐标值，所述格网长度单位为微米，并对图像的行列号进行标记；

S3、将多个不同的移动标志放置于土体试样上，同时对每个移动标志进行坐标标示和区别标示，其中，所述移动标志涂抹透明的润滑剂的上表面与模型箱2有机玻璃内侧面4接触，移动标志钉扎入土体试样中进行固定，图钉状移动标志在旋转试验中随土体试样移动，移动标志上表面刻画有十字线，所述十字线以纵横交叉线边缘的交点为量测点进行定位，移动标志嵌入到土体试样中，图钉状移动标志上表面与土体试样表面为同一平面；

S4、启动土工离心机1使模型箱2旋转，用照相系统获取模型箱2内土体试样在指定受力状态下的指定时间点、指定位置点的图像；

S5、对S4所获取的图像进行照相机畸变校正和图像随机畸变校正，精确测量图像上移动标志在参考坐标系里的微位移，包括如下步骤：